ステアリングホイールとは
ステアリングホイールとは、自動車においてステアリング機構を操作し、回転させて進行方向を調整するための環状の部品です。
いわゆるハンドルと同義ですが、これは和製英語です。ステアリングホイールは通常円形をしており、ドライバーが手で握るグリップ部分をリム、ステアリングシャフトへと接続される中心部分をハブ、そしてステアリングホイールとステアリングシャフト (ステアリングコラム) をつなぐ部分をスポークと呼びます。
ステアリングホイールの使用用途
ステアリングホイールは、自動車の車輪の角度を変え、進行方向を調整する際に使用されます。運転者はステアリングホイールを両手で握り、回転させることで進行方向を調整します。
右前に前進したいとき、または右後に後退したいときは右回りに、左前に前進したいとき、または左後に後退したいときは左回りに回転させ、前進・後退するのが基本動作です。タイヤ径が大きく車重の重いトラックやバスは、大径のステアリングを使用して操作トルクを下げます。
レーシングカーやスポーツカーは、小径のステアリングを採用して小さな操作角でクルマが俊敏に反応するようにしています。
ステアリングホイールの原理
ステアリングホイールは基本的に円形であり、その大きな円を回転させることで中心の小さな円 (ステアリングシャフト) へと回転を伝えます。このテコの原理によって、軽い力で操舵可能です。
ステアリングシャフトに伝達した操作は、ステアリングギアボックスを経由してタイロッドと呼ばれる部品に伝達されます。タイロッドは操舵輪を左右に動かすためのロッドであり、ステリングギアボックスと操舵輪をつなぎます。ここで、シャフトの回転運動がタイロッドを左右に動かす運動へ変換されます。
ステアリングホイールのその他情報
1. アッカーマン機構
タイロッドの終端 (タイロッドエンド) と左右のタイヤの中心点は、上から見ると台形になる位置に設計されています。これによって、ハンドルを切ると車体の回転方向の外側よりも内側のタイヤのほうがより大きな角度で曲がります。これがアッカーマン機構です。
通常の4節リンクでのステアリング機構は、パラレルステアリング機構と呼びます。パラレルステアリング機構ではパラレルと呼ばれるように内側と外側のタイヤは角度の差が生じません。そのため、コーナーを通過する際にスリップ角が生じます。
一方、アッカーマン機構では、左右の前輪が同じ中心を持つ円を描くことからタイヤに負担が少ない状況で旋回ができます。
2. ステアリング機構
ステアリング機構は大きく次に示す方式があります。
ラック&ピニオン式
ラック＆ピニオン式とは、ステアリングシャフトと同軸の小径歯車 (ピニオンギア) と、ピニオンギアに対応するラックバーを使用した方式です。構造が比較的単純であるため、軽量なシステムを作り出すことができます。
また、ステアリング操作時の剛性が高く、応答性にも優れているので、スポーツモデルなどに採用される傾向にあります。
ボールナット式
ボールナット式は、ラック＆ピニオン式と比べてパーツ数が多く、構造が複雑になります。一方で、動作がスムーズかつステアリングのギヤ比を大きくできるというメリットがあります。
したがって、大きな操作力を必要とするトラックなどの大型車に採用される傾向にあります。
パワーステアリング
現在の自動車には、軽い力でステアリングを回すことができるパワーステアリングというシステムが搭載されています。自動車の前方にはエンジンなど重量物が搭載されており、タイヤと地面との摩擦も発生します。
これらの要因から、パワーステアリングが無い自動車は反力を受けてハンドルが重くなってしまうことがありました。パワーステアリングには大きく分けて、油圧式と電動式があります。
前述したハンドルが重くなる現象を和らげるために、エンジンや電気の力を利用してハンドル操作を補助しています。